ذخیره سازی انرژی (برق) - ایران الکتریک شاپ

ذخيره سازی انرژی (برق)

مشکلات وسیع در ذخيره سازي برق در هر مقداری موجب شكل دهي تكنولوژي سيستم هاي قدرت، به صورتي که امروزه وجود دارد، شده است. روش های گوناگوني براي ذخيره سازي انرژي در ابعاد بزرگ، كه مي تواند به انرژی برق تبديل شود، وجود دارد. هر نوع ذخيره سازي به هر حال گران است و محاسبات اقتصادي بايد مورد توجه قرار گيرد.

روش های معمول ذخیره سازی انرژی برای تبدیل به انرژی برق امروزه به اين ترتيب هستند: روش های ذخيره- تلمبه اي، هواي متراكم شده، حرارت، گاز هيدروژن و باتري هاي ثانويه.

(ذخيره سازی انرژی) نيروگاه تلمبه ذخيره ای

يك روش استفاده از مزيت نیروگاه آبی در جايي كه منابع آب مناسب در دسترس نيست استفاده از روش تلمبه-ذخيره اي مي باشد. اين نیروگاه شامل مخزن آب در دو سطح بالا و پايين است و واحد توربین ژنراتورها به به صورت پمپ-موتوري مورد استفاده قرار می گيرد. مخزن آب بالايي داراي ذخيره سازي كافي معمولاً 4-6 ساعت برای توليد در بار كامل با يك مخزن رزرو 1-2 ساعتی می باشد.

روش کار به اين ترتيب است:

در طول زمان هاي قله بار (PEAK) در شبكه، جریان آب از مخزن آب بالايي به سمت مخزن آب پایینی حرکت کرده، توربين ها را در شرايط طبيعي می چرخاند. ژنراتورهای چرخانیده شده توسط توربین توليد برق می کنند.

در طول شب در حالي كه تنها نيروگاه هاي بار پايه زیر بار هستند و برق به صورت ارزان ترين حالت توليد مي شود، ژنراتورها سپس به به صورت موتور سنكرون مورد بهره برداری قرار گرفته و توربين ها را كه اکنون به صورت تلمبه كار مي كند مي چرخانند و آب در مخزن آب پايين تر تلمبه زده شده و به مخزن بالايي برگردانیده مي شود و براي قله بار روز بعد آماده مي شود.

بازده معمول این واحد ها به صورت زیر است:

برای موتور و ژنراتور 96%، برای تلمبه و توربين 77% ، برای لوله كشي و تونل 97% و برای انتقال توان 95% كه بازده كل %67 درصد مي شود.

(ذخيره سازی انرژی) ذخيره سازی هوای فشرده شده

هوا به داخل محفظه های بزرگ (مثلاً غارهای زير زميني يا معدن هاي قديمي) در شب تلمبه زده ميشود و براي قله هاي بارهاي روز براي چرخانیدن توربين هاي گازی استفاده مي شود.

برای نصب یک واحد 290 مگاولت آمپر در آلمان، در سال 1975 مبلغی در حدود 100 دلار بر کیلووات هزينه شد. اين واحد انرژی 580 مگاوات-ساعت مربوط به ساعات قله برق را توليد مي كند. انرژي ذخيره شده مساوي با حاصل ضرب فشار در حجم هوای ذخیره شده است. هواي متراكم شده موجب سوختن سوخت در توربين هاي گاز به ميزان 2 برابر بازده معمول مي شود.

(ذخيره سازی انرژی) ذخيره سازی حرارت

هيچ ذخيره سازي در مقياس بزرگ كه حرارت در آن دخيره شود هنوز به صورت عملی مورد بهره برداری قرار نگرفته است. آب داراي مزيت هاي زيادي است. مثلاً آب می تواند به عنوان یک ابزار جهت ذخيره سازي حرارت استفاده شود. سديم مايع همچنين برای ذخيره سازي حرارت پيشنهاد شده است.

در يك نیروگاه بخاری، اگر بار كم باشد، قدرت ديگ هاي بخار را می توان برای قدرت خروجي بار كامل نگه داشته و از بخار ناخواسته برای گرم كننده هاي آب و ذخیره سازی حرارت استفاده کرد. در طول زمانی که ژنراتور در بار كامل کار می کند،گرمای ذخیره شده برای گرم کردن آب ورودی به دیگ بخار استفاده می شود.

(ذخيره سازی انرژی) باتری های ثانويه

استفاده از باتري در مقياس بزرگ اقتصادی نبوده و دو محلي كه استفاده از باتري هاي ثانويه زیاد است در اتومبیل و منابع انرژي با تولید برق نوساني محلي مانند توربین های بادی و واحد های خورشيدی است.

باتری اسيد سربي معمول، با وجود آن كه قيمت معقولي دارد داراي چگالي انرژي كم حدود 15 وات-ساعت برای هر کیلوگرم است. باتري هاي نيكل-كادميم بهتر هستند (حدود 40 وات-ساعت برای هر کیلوگرم)، اما بسيار گرانتر هستند. باتري سديم–سولفور (حدود 200 وات-ساعت برای هر کیلوگرم) در حال توسعه به مقدار زیادی هستند. این باطری ها داراي يك الكتروليت جامد و الكترودهاي مايع است و در دماي 300 درجه كار مي كند.

تحقیقات در جهت ساخت باطری از تركيبات ديگر مواد برای افزايش قدرت خروجي و ذخيره سازي بیشتر در واحد وزن در حال انجام است.

(ذخيره سازی انرژی) پيل های سوختی

يك پيل سوختي انرژي شيميايي را به انرژي الكتريكي با استفاده از واكنش هاي الكتروشيميايي تبديل مي كند. سوخت (هيدروژن) به طور پيوسته به يك الكترود تغذیه می شود و یک اکسید کننده (معمولاً اكسيژن)، در الكترود ديگر توليد مي شود.

در يك پيل سوختي هيدروژن-اكسيژن، گاز هيدروژن در يك الكترود فلزي پر منفد پخش مي شود (نيكل). يك كاتاليز در الكترود اجازه جذب H₂ در سطح الكترود را به صورت يون هاي هيدروژن می دهد. يون هاي هيدروژن با يون هاي هيدروكسيل در الكتروليت واكنش مي دهند و آب تولید می شود. در حال حاضر هزينه پيلهاي سوختي بسيار بالا است و استفاده آن ها در آينده به كاهش اساسي در هزينه بستگي دارد.

(ذخيره سازی انرژی) سيستم های انرژی هيدروژن

در سال هاي اخير استفاده از هيدروژن به عنوان واسطه براي انتقال و ذخيره انرژي انجام شده است. گرما زایی گاز هيدروژن زیاد و در شرایط متعارف 12 میلیون ژول در مترمکعب است. استفاده از هیدروژن برای سوخت هواپیما و اتومبیل نیز مطرح است. فاکتورهای امنیتی و قابل انفجار بودن مخازن هیدروژن دلیلی برای استفاده غیر عمومی از آن می باشد. مزيت اساسي هيدروژن مطمئناً اين است كه مي تواند ذخيره شود و عيب اساسي نيز اين است كه از آب با عمل الكتروليز بدست مي آيد.

روش هاي ديگر توليد تحت بررسی آزمايشگاهي هستند. مثلاً استفاده از حرارت نيروگاه هاي اتمي براي شكستن اتم ملکول آب و آزاد سازي هيدروژن وجود دارد، ولی اشکال آن نیاز به دماي 3000 درجه است. الكتروليزكننده هاي بسيار بزرگ مي توانند بازدهي در حدود 60 درصد بدست آورند. این بازده جمعاً با بازده توليد برق يك نیروگاه اتمي روی هم، بازده توليد هيدروژن حدود 21 درصد را مي دهد.